聚酰胺66（PA66）是一种重要的纺织合成材料，在整个聚酰胺家族中占有重要的地位。因其优异的耐磨性、良好的回弹性、高强度和抗收缩性等优异性能，PA66被广泛应用于各个领域。但是，PA66材料容易着火，并且在燃烧过程中会释放烟雾。更严重的是，PA66材料在燃烧过程中产生的熔融液滴会引起二次火灾，导致火灾迅速扩大，造成人员伤亡和财产损失。然而，PA66分子中活性基团较少，很难通过表面化学改性实现阻燃或其他功能，这在很大程度上限制了PA66材料的更广泛应用。因此，开发合适的表面改性技术，使PA66具有良好的阻燃性和多功能性，对于扩大其应用范围具有重要意义。
近年来，利用天然生物质作为原料制备阻燃高分子材料已成为研究的热点。角蛋白在自然界中含量丰富，广泛存在于动物毛发和羽毛中。由于角蛋白含有大量的氮元素，它具有优异的成炭性能。
作为植物中重要的次生代谢产物，单宁（TA）具有很强的抗氧化、抗菌、抗紫外线、炭化和清除自由基的能力。TA可以与蛋白质、生物碱和多糖等生物大分子结合，从而改善其特性并扩大其应用范围。在20世纪，TA与蛋白质之间的关系已经得到了广泛的研究，目前这些研究成果已被应用于食品、医药、包装、皮革加工、生物质粘合剂等领域。迄今为止，研究人员对多酚和蛋白质之间的相互作用进行了大量的研究。研究表明，TA可以通过多种非共价和共价相互作用与蛋白质结合。非共价相互作用的主要类型包括范德华力、离子键、疏水键和氢键。与上述非共价键不同，多酚还可以通过共价键与蛋白质相互作用。早在1985年，就有人提出酚类在特定条件下可以转化为醌类，并与蛋白质分子中的亲核基团形成共价键。此外，TA与蛋白质相互作用产生的共轭物具有良好的热稳定性，这为阻燃剂的应用提供了基础。TA还具有很强的螯合能力，能够通过配位键与金属离子形成金属配体络合物，有助于提高高分子材料的机械性能。
近期，天津工业大学任元林/刘晓辉团队通过通过共沉积工艺，成功在PA66织物表面制备出一种绿色环保、生物质多功能阻燃涂层。
首先通过共沉积法将氧化单宁（OTA）和角蛋白（Ker）沉积在PA66织物表面，获得涂覆OTA/Ker涂层的PA66织物（PA66@OTA/Ker）；然后与Fe3+螯合，制备出具有阻燃、抗紫外线、抗菌和防滴落的PA66织物（PA66@OTA/Ker@Fe）。
该织物热释放总量（THR）、热释放速率峰值（pHRR）和产烟总量（TSP）分别降低了51%、57%和52%。在800°C氮气环境下，该织物的残炭量为21.6%。在燃烧过程中，该织物没有熔滴，极限氧指数（LOI）从20.5%提升至28.5%，达到UL 94 V-0阻燃等级。此外，该织物的拉伸强度和断裂伸长率分别提高到66.8 MPa和39.8%，表现出良好的机械性能。本研究制备工艺绿色环保，为开发高分子材料的阻燃性和多功能性提供了一种新的策略。
制备过程与反应机理
(a)PA66@OTA/Ker@Fe涂层制备过程；(b,c)OTA/Ker@Fe涂层反应机理。
阻燃机理示意图
OTA/Ker@Fe涂层阻燃机理示意图。
数据来源与出处
相关研究成果以发表在《Progress in Organic Coatings》上。
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